广西某火损桥梁安全检测与评估

韦积分 易志雄 毛振方

（1招商局公路网络科技控股股份有限公司桂林公司, 广西 桂林 541200;2重庆交通大学, 重庆 400000; 3招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400000）

0 引言

了解火灾对桥梁的损伤机理，运用现有的检测手段对火灾后的桥梁进行损伤程度的检测评估，更好反映桥梁火灾后的真实情况，成为当前急需解决的问题[1-2]。本文通过参照《火灾后建筑结构鉴定标准》，将其检测流程应用到桥梁上并验证是否适用，总结出桥梁火损后的检测内容与评估流程。文献[3]结合工程实例，介绍了火灾钢筋混凝土结构的损伤特点，检测的方法、内容及程序，利用国际标准升温曲线ISO 834火灾时间-温度标准曲线、构件外观检查，混凝土回弹检测对比分析及构件内部温度场对火损桥梁进行了综合检测。文献[4]通过具体的案例分析，并结合混凝土桥梁具体特点和常见评估方法给出混凝土桥梁火损评估的流程和方法。本文将通过实际工程案例，总结出桥梁火损后的检测方法与评估流程。

1 检测内容与方法

2.1 检测程序及方法

火灾后的桥梁受损检测评估尤为重要，参照中国工程建设协会标准CECS 252:2009《火灾后建筑结构鉴定标准》从混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应等特征推断混凝土受火温度，并结合混凝土剥落、受力钢筋露筋、受力钢筋粘结性能、变形等方面进行构件鉴定评级。具体的检测评估顺序如下：发生火灾→了解火灾起因经过并收集资料→混凝土回弹检测→确定火损的区域分布→推定火损区域内部温度场分布→推定构件混凝土损伤深度及程度；检测钢筋的保护层厚度→构件状况综合评定并按受损程度分类。

2.2 检测内容

火灾后的鉴定程序可根据结构鉴定的需要，分为初步鉴定和详细鉴定两个阶段。火损桥梁检测评定内容[5]主要包括：受火桥梁资料的收集，火灾概况调查，火场范围、温度推定，构件外观检查，构件受火区域及温度推定，混凝土性能检测，钢筋性能检测，构件总体综合评定。

2 实际工程的应用

2.1 工程概况

位于广西的某高速公路桥梁，分左右幅桥，桥梁全长104.92m，桥面总宽28.00m，大桥跨越河流。上部结构采用预应力混凝土（后张）连续空心板，桥梁的跨径组合为（19.98+20+20+20+19.98）m。桥面铺装采用沥青混凝土。设计荷载等级：公路-I级。

2.2 初步鉴定

初步检测一般分为火灾现场情况调查和外观检测。广西某大桥桥面因2017年11月9日货车在桥面应急车道位置发生自燃，该事故造成广西某大桥应急车道、行车道桥面铺装层约20m2损毁，沥青面层出现沥青烧化、松散、剥落，防撞墙砼表面烧裂，钢管扶手软缩等不同程度的损害。火灾影响较大的桥跨7#～10#板梁上方桥面铺装直接受到火烧和高温的作用,损伤较为严重。1处网状裂缝，L=5.4m，δ=0.04mm；3处剥落、泛白，S总=20.25m2，1处熏黑，S=0.85m2。桥面铺装损害情况如图1。

2.3 详细鉴定

本文中详细鉴定大致包括火损区域及火灾温度场分布、结构构件的专项检测与分析，构件总体综合评定。

2.3.1 火损区域及火灾温度场分布

火损区域及火灾温度场分布是详细检测的一个重要部分，根据桥梁外观检查结果可以确定桥梁火损区域分布如图2。参考《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECS 252-2009），通过混凝土构件的表面颜色及损伤程度来判断其表面的受火温度，进而得到结构表面的温度场分布情况，如表1所示。

图1 桥面铺装病害

图2 ：右幅4#、5#跨火损状况分布示意图

表1 混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系

根据火损混凝土状况与温度的关系表1，并结合现场检测的实际情况，可以推定火灾时的温度场为：

1）火损区域4cm沥青混凝土面层：参考图3中沥青混凝土大面积爆裂、剥落，存在较多裂缝，锤击后混凝土粉碎，推定温度最高大于800oC。

2）火损区域6cm沥青混凝土中层：参考图4中沥青混凝土中层局部最严重区域存在火损裂缝，混凝土剥落；大部分火损区域细微裂缝，轻微剥落，推定中层顶面温度在300oC～500oC。

3）火损区域10cm桥面现浇层：参考图5中现浇层顶面未见明显裂缝和混凝土剥落现象，故推定温度小于200oC

根据大火发生时间、现场残留物及桥梁外观检测情况，取火灾有效燃烧时间为180min，根据国际标准升温曲线ISO 834火灾时间-温度计算可得火场最高温度（沥青混凝土面层温度）为：

T=T0+345×lg(8t+1) =15+345×lg(8×180+1)=1104.74oC

其中，T为火灾标准温度，oC；T0为自然界温度，oC；t为火灾经历时间，min。

故可推定火损区域4cm沥青混凝土面层温度达1104.74oC

图3 右幅沥青混凝土面层顶面火损照片（h=0cm）

图4 右幅沥青混凝土中层顶面火损照片（h=4cm）

图5 右幅桥面现浇层顶面火损照片（h=10cm）

2.3.2 混凝土强度及碳化深度

根据对广西某大桥混凝土强度进行了回弹法检测，本次混凝土强度检测共选取右幅受火构件，考虑结构受损区及受损程度，采用回弹法对受火温度区域内的混凝土强度和碳化深度进行了检测，检测结果见表2。

相对未受火结构，混凝土强度状况良好,满足混凝土设计要求，对广西某大桥采用凿出新鲜混凝土面用酚酞酒精溶液涂喷。本次混凝土碳化检测共选取5个构件，由检测结果可见，碳化深度最大为1.5mm，故未受火区域和受火区域均远小于保护层厚度。

表2 混凝土强度检测结果

2 1-3#梁 0.5 ＞60 C50 1 良好 3 1-4#梁 0.5 ＞60 C50 1 良好 4 2-3#梁 1.5 ＞60 C50 1 良好 5 2-7#梁 1.0 ＞60 C50 1 良好 6 1#墩盖梁 1.0 44.8 C30 1 良好 7 2#墩盖梁 1.0 ＞60 C30 1 良好 8 1-1#墩 5.0 31.1 C30 1 良好

根据中国工程建设协会标准CECS 252:2009《火灾后建筑结构鉴定标准》附录F中火灾后混凝土强度折减系数，可判断温度大于800oC时，混凝土抗压强度折减系数为0.2，故当采用此建筑结构鉴定标准中的折减系数时，混凝土强度远小于规范值，即不满足混凝土设计要求。

2.3.3 受损状况综合评定

根据广西某大桥的现场检测以及桥梁火灾温度场分布，得出桥梁火损情况为：桥面铺装4cm沥青混凝土面层火损严重，桥面铺装6cm沥青混凝土中层火损较严重，10cm现浇层受火损影响较小。

2.3.4 结构验算

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)第3.2节桥梁实际检测数据和相关规范，对主梁结构的强度、刚度以及抗裂性进行验算。根据实际检测结果对桥梁实际受力状态进行了计算分析。结果表明：

承载能力极限状态，边板、中板正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力验算均满足规范要求；正常使用极限状态边板、中板正截面抗裂、斜截面抗裂、正截面最大法向压应力及斜截面最大主压应力验算均满足规范要求。综上，广西某大桥承载能力极限状态、正常使用极限状态验算均满足设计荷载“公路-I级”的要求。

2.3.5 荷载试验

为了验证桥梁遭受火灾后，火损区域及其他主要构件能否满足荷载通行使用要求的标准，根据本桥实际状况以及合同的相关约定，选取右幅桥梁火损桥跨（第5跨）及中跨（第3跨）作为试验对象。采用百分表测试挠度，采用应变采集系统测试应变，采用裂缝宽度观测仪对裂缝进行观测，将测试结果与结构按相应荷载作用下的计算值以及有关规范规定值作比较，了解桥梁结构在静力荷载作用下的工作状况。

在试验荷载作用下，广西某大桥试验截面实测应变值均小于相应理论计算值，各测点应变校验系数范围为0.68～0.87，卸载后的相对残余应变均小于20%。实测挠度值均小于相应理论计算值，挠度校验系数范围为0.70～0.84，卸载后的相对残余变位均小于20%。在加载过程中各试验截面及附近区域均未发现新增裂缝，原有裂缝未见发展。综上，火灾后的桥梁能够满足“公路-I级”级荷载通行使用要求。

3 结语

通过结构验算与荷载试验的结果，我们发现《火灾后建筑结构鉴定标准》附录F中火灾后混凝土强度折减系数计算出的折减强度与事实不相符，故此建筑结构鉴定标准不能应用在桥梁火灾后的检测中。

因此，本文总结了一套适用于桥梁遭受火灾后的检测内容与评估流程。第一步是初步检测：一般分为火灾现场情况调查和外观检测；第二步是详细检测：包括火损区域及火灾温度场分布（利用国际标准升温曲线）→结构构件的专项检测与分析（如混凝土的强度和碳化深度等）→构件总体综合评定；第三步通过结构验算和荷载试验验证桥梁遭受火灾后火损区域及其他主要构件能否满足荷载通行使用要求满足荷载通行使用要求。本文通过实际工程案例-广西某桥梁总结了桥梁火损的检测方法，希望能为研究类似工程案例提供借鉴。